Lumina extremă de la Măgurele

O clădire cât Sala ­Polivalentă din București - dar mai frumoasă! Înăuntru, o sală de 70 pe 40 de metri, aproape goală, prin care trec cele două trasee ale celui mai puternic laser din lume. Pe lateralele sale, 48 de laseri mai mici, care-l hrănesc cu energie pe cel mare, așa cum afluenții umflă apele unui fluviu. Ziduri de beton de 2 metri grosime și o podea de 1,5 metri adâncime. Camera de control, cam ca la Centrul Spațial al NASA. Două sute de oameni stăpânind o realizare fără precedent a științei. Suntem la Măgurele, în România.

Numele său complet este ELI-NP, adică Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics, adică Infrastructură de lumină extremă-Fizică nucleară, dar toată lumea îi spune, familiar, ELI. Protocolul de intrare în lumea lui ELI este, normal, foarte strict, ca și regulile privind ­fotografierea. Suntem conduși de dr. Florin Negoiță și dr. Daniel Ursescu. Pentru început, intrăm în clădirea administrativă, pentru a vedea macheta celei în care pulsează laserul. Doar așa putem avea o imagine de ansamblu, ne explică Daniel Ursescu, căci ­macheta nu are acoperiș și se poate vedea labirintul încăperilor, coridoarelor și al instalațiilor.

ELI a fost construit astfel încât să se poată folosi, într-un viitor apropiat, clădirea fostului reactor nuclear, cel care a fost vreme de 60 de ani simbolul și reperul platformei științifice de la Măgurele, un ansamblu compus din nu mai puțin de 9 institute, fiecare îm­păr­țit în departamente îndeplinind o largă paletă de funcțio­nalități, atât în cercetarea fundamentală, cât și în cea aplicativă, cu utilizări cât se poate de concrete. Reactorul și-a trăit viața, a fost dezafectat acum 3 ani, dar clădirea sa de cărămidă, ușor de recunoscut de la distanță, acum decontaminată, va sluji drept țintă pentru una dintre „ramurile” megalaserului, și anume cea în care se va trage cu raze gamma. Întreaga instalație a lui ELI a fost construită în așa fel, încât să se alinieze cu fostul reactor. A fost o idee strălucită, căci clădirea respectivă exista deja și are asigurată protecția la radiații! Cât despre fasciculul gamma, el va fi creat în acceleratorul de particule cu ajutorul unui laser specializat în a asigura coliziunea între pulsul său și cel de electroni, ceea ce va crea condițiile pentru noi aplicații.

Clădirea ELI are trei zone: sala laser, camera de control și ­atelie­rele, respectiv zona cu radio­protecție, unde se fac experimentele. Mai exact, 8 zone experimentale. Căci, ca să fie clar de la bun început, scopul acestei inves­tiții europene de 300 milioane de euro este de a obține rezultate științifice la care nu se poate ­ajunge altfel decât cu ajutorul „tunului” a cărui lumină atinge o zecime din cea tri­misă de Soare pe Pământ. În paranteză fie spus, e drăguț că spe­cialiștii de la ELI folosesc expresia colocvială „trasul cu laserul”.

E4, de pildă, este zona în ­care se emit două fascicule de 100 de Terrawați, adică 100.000.000.000.000 de Wați, dacă vă plac numerele mari. E5 e de 10 ori mai puternic, E6 va fi de 100 de ori cât E4.

Sorbind energie din cristale

Macheta ne-a derutat un pic, căci laserul pare să tragă și după colț, cotind de mai multe ori la 90 de grade. Explicația e simplă: raza e deviată de oglinzi, astfel încât să poată ajunge în diferite zone de utilizare - inclusiv, cum spuneam, printr-un tub, în clădirea fostului reactor. Oglinzile trebuie să fie perfecte și, da, în timp se pot strica și trebuie să fie înlocuite o dată la câțiva ani.

Înainte de a pătrunde în bârlogul uriașului ELI, aflăm că spațiile verzi înconjurătoare ascund dedesubt o centrală geotermală de 5 Megawați - cea mai mare din Europa -, construită prin forarea a 1.000 de puțuri la 120 metri adâncime, al cărei scop este să țină sub control temperatura proceselor din clădire.

Pe un ecran de la intrare ­vedem câteva dintre încăperi, de pildă laboratorul de ținte. ELI trebuie să tragă în ceva, pentru a se detecta diverse procese. În alt spațiu funcționează un „pui” de ELI, cu exact aceeași structură, pe care se antrenează echipa. „Sunt tineri veniți de pe băncile facultăților, nu au avut ocazia să lucreze cu așa ceva”. De asemenea, aici se dezvoltă noi tipuri de teste, noi detectori, noi echipamente.

Dacă sala principală are 70x40 m și e înconjurată de altele, vă dați seama cum arată coridoarele care conturează clădirea! Ne oprim să studiem o altă machetă, de data asta doar cu instalațiile principale. Cele două brațe, A și B, ale lui ELI pornesc din capătul „camere curate”. O „cameră curată”, ne spune cu umor Daniel ­Ursescu, nu e ceva în care s-a dat cu mătura. Aparatură specializată contorizează cu atenție numărul de particule dintr-un metru cub de aer, pentru că fiecare fir de praf scurtează viața laserului.

Laserul debutează cu o energie de ordinul 10 la minus 9 (0,000000001) jouli și ajunge la 300 de jouli! Ca să se întâmple o asemenea creștere formidabilă, se folosesc, pe tot traseul, cristale încărcate cu energie, pe care raza laserului o „soarbe” trecând prin ele. Bine-bine, dar cristalele cum ajung să aibă energie înmagazinată în ele? Grație a 48 de laseri mai mici, având sursele de alimentare și sistemele de răcire amplasate în coridoarele din exteriorul sălii principale, pe lungimea ei, dreapta-stânga. Aceștia pompează energie în acele cristale de tip special, a căror mărime crește și ea pe traseu, propor­țional cu energia pe care trebuie s-o înghită, de la dimensiuni de 1 centimetru la 20 de centimetri. Electronica și răcirea „afluenților” sunt pe coridoare. Un clinchet de 10 herzi este semnalul sonor al acestor unități, însoțit de clipocitul ledurilor.

La debut, însă, pulsul nu este doar prea slab, ci și prea scurt, de 6 femtosecunde (10 la minus 15, adică 0,000000000000006 dintr-o secundă). Dacă n-ar fi lungit, s-ar „prăji” cristalele și oglinzile. „Asta a fost ideea genială a lui Gérard Mourou şi Donna Strickland, pentru care au luat Premiul Nobel în 2018. Ei au ­făcut două sisteme, unul care lungește pulsul și altul care-l ­comprimă. Este ceea ce aplicăm și noi, obținând o lungire de 100.000 de ori la începutul lanțului de amplificare laser și la sfârșit compresarea temporală a pulsului. Metoda utilizează doar rețele de difracție și oglinzi, e numai optică, nu implică electronică sau alte lucruri sofisticate”.

O pizza de 6 microni grosime 

Am întrebat ce se întâmplă la sfârșit cu energia în sine a laserului, ajunsă la mari valori. „Este o întrebare foarte bună! Energia este transferată țintei experimentului, care poate fi ca o clătită sau o pizza de lumină de 55 de centimetri diametru și 6 microni grosime, perfect plană. Se generează câmpuri electrice, câmpuri magnetice sau presiuni foarte mari. Practic, materia este cea care preia energia luminii. E drept că o parte din lumină nu este absorbită, merge mai departe și este colectată în niște instrumente cărora le spunem «beam dumps», coșuri de gunoi ale luminii, care absorb tot ce-a mai rămas. Dacă nu s-ar opri cum trebuie lumina, s-ar întoarce în laser și l-ar putea distruge”. Am întrebat și, nu, nu este posibil să meargă mai departe, să treacă prin zid și să ajungă cine știe unde. Lumina nu trece prin pereți!

În senzaționala cameră de comandă ne simțim un pic stingheri: oamenii de aici au treabă! Din ­fericire, suntem în spatele lor și ne pot ignora. O mulțime de ecrane afișează o mulțime de parametri și grafice în timp real, ­inclusiv temperatura și umiditatea din sala lui ELI, plus timpul scurs de la începutul sesiunii. Cam o oră durează „încălzirea” laserului și restul zilei experimentele.

Toate informațiile despre toate experimentele sunt vărsate în niște baze de date atât de mari, încât colectivul de aici e veșnic în căutare de hard-disk-uri suplimentare.

În continuare vizităm o parte din spațiile adiacente, având ocazia să admirăm între altele o macara de 40 de tone care introduce prin acoperiș (proiectat și realizat în acest scop) obiectele de mari dimensiuni pe care le plasează la locurile lor. Șinele uriașe pe care se mișcă sunt ancorate de arcele care identifică arhitectural - dar, iată, și pragmatic - clădirea, astfel încât mișcările macaralei să nu producă nici o vibrație în podeaua de un metru și jumătate grosime a instalațiilor laserelor.

Urcăm pe o scară care supratraversează tuburile prin care lumina, reflectată de oglinzi (1 x 0,6 metri, poziționate la micron), își schimbă direcția la 90 de grade. De sus, imaginea îți taie răsuflarea. Avem sub picioare o minune a științei și tehnicii!

De partea cealaltă a scării, incintele experimentale E6 și E1, în care la anul se vor putea genera două impulsuri de câte 10 Megawați. Unele experimente țin de fizica nucleară, altele de domeniul electrodinamicii cuantice, în care mai sunt încă destule ­lucruri nelămurite.

Pentru că am citit una și alta în presa noastră foarte inventivă, întreb dacă ELI a ajuns la puterea lui nominală. Răspunsul este Da, fără ezitări.

Spre final, mai primim două informații-cheie: precizia direcției la tragerile cu laserul este de 2 mm la 1 km distanță și 40 de calculatoare sunt alocate sistemelor de siguranță ale complexului. ­Probabil de aceea nu ne-am simțit nici o clipă în vreun pericol!

Pagini de istorie

ELI se află în „ograda” ­Institutului Naţional de Cerce­tare-Dezvoltare pentru Fizică şi Inginerie ­Nucleară „Horia Hulubei” (IFIN-HH), numit astfel în memoria marelui fizician român care a fost primul ­director al Institutului de Fizică Atomică (IFA) de la Măgurele, după ce-și obți­nuse la Paris doctoratul, sub conducerea Mariei Sklodovska Curie, prima femeie laureată a Premiului Nobel, și fusese director de cercetare la Universitatea din Paris.

Horia Hulubei a fondat comunitatea științifică de la Măgurele împreună cu profesorul Şerban Ţiţeica, fiul matematicianului Gheorghe Ţiţeica, care-și obți­nuse și el doctoratul sub coordonarea unui laureat al Premiului Nobel, Werner Heisenberg, cel care a formulat celebrul Principiu al incertitudinii.

Proiectul ELI, care mai include două facilități laser complementare în Ungaria și Cehia, a adus înapoi în țară 50 de specialiști români. Lor li s-au adăugat alți 100 din România și 50 din alte 26 de ţări. Detaliu deloc ­neglijabil, salariile sunt la fel ca în Vest.

Banii au venit începând cu 2013, deci tot ceea ce am văzut noi (și chiar ceea ce nu se vede, centrala geotermală) s-a făcut, incredibil, în 7 ani!

Azi, ELI Măgurele este:

• cea mai avansată insta­lație de cercetare din lume în domeniul fizicii fotonucleare, un nou domeniu de cercetare interdisciplinar care reunește, pentru prima dată, lasere de mare putere și fizică nucleară;
• cel mai important centru de cercetare ştiinţifică din România;
• stâlpul de rezistență de fizică nucleară al cercetării pan-europene în domeniul luminii extreme;
• cea mai mare investiție realizată vreodată în cercetarea științifică din ­România, cofinanțată de Comisia Europeană și ­Guvernul României din fonduri structurale prin intermediul Fondului ­european de dezvoltare regională (FEDR);
• implementat de IFIN-HH, care generează aproape 10% din producția știin­țifică a României.

Laserul va efectua cercetări relevante pentru descoperirea unor izotopi radioactivi care pot trata cancerul, identificarea completă a conţinutului butoaielor cu deşeuri radioactive, fără a fi desfăcute, îmbunătățirea metodelor prin care poate fi depistat cancerul, testarea materialelor care se folosesc în misiunile spaţiale - precum și clarificarea unor procese fizice încă insuficient cunoscute.